Оптические и электрические методы управления дифракцией света на фоторефрактивных голографических решетках

• Автор: Петров, Виктор Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 243 с. : ил.

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Краткий исторический обзор

1.2 Тонкая фазовая голограмма

1 3 Объемная фазовая голограмма и дифракция Брэгга

1 4 Фоторефрактивный эффект

1.5 Ниобат лития. Голографические свойства

1 6 Титанат бария. Голографические свойства

1.7 Кристаллы группы силленитов. Голографические свойства

1.8 Управляемые оптические спектральные фильтры

1.9 Основные результаты Главы 1. Постановка задачи исследований.

Глава 2. Электрическое управление дифракцией света на объёмных статических голограммах в ниобате лития
2 1 Электрическая селективность
2 2 Оптимальная конфигурация для электрического управления условиями дифракции и электрического мультиплексирования объемных голограмм
2.3 Экспериментальная демонстрация электрического управления дифракцией в объемных голограммах
2.4 Эквивалениность спектральной и электрической селективности, а также спектрального и электрического мультиплексирования голограмм
2.5 Электрически управляемые фильтры на объёмных решетках
в ШЬ03
2.6 Влияние фотогальванического поля на условия дифракции Брэгга
2.7 Основные результаты и выводы Главы 2
Глава 3. Оптическое и электрическое управление дифракцией света
на объёмных динамических голограммах в титанате бария
3.1 Оптимальная ориентация кристалла для электрического управления

3.2 Экспериментальные результаты
3.3 Управляемые фильтры на основе объёмных решеток в титанате
бария
3.4 Оптические фильтры с управляемой передаточной характеристикой
3.5 Управление передаточной характеристикой фильтра за счет набора
фазовых сдвигов
3.6 Интерферометр со смешанной голографической конфигурацией
3.7 Основные результаты и выводы Главы 3
Глава 4. Оптическое управление дифракцией света на динамических решётках в силленитах
4.1 Дифракция на тонких динамических решетках в силленитах
4.2 Адаптивный интерферометр на небрэгговском порядке дифракции
4.3 Адаптивный интерферометр для направленного детектирования
лазерного ультразвука
4 4 Основные результаты и выводы Главы 4
Приложение 1. Оптическое возбуждение волн пространственного заряда. Исследование дисперсионного соотношения волн пространственного заряда
Приложение 2. Измерение концентрации ловушечных уровней в силленитах с помощью адаптивного голографического интерферометра 209 Заключение
Список литературы

Актуальность темы
Современные технологии сбора, передачи, и обработки информации всё шире используют оптический диапазон электромагнитных колебаний Различные оптические датчики, широкополосные системы оптической связи, оптические ситемы памяти требуют все более быстрого и гибкого управления потоками света. Дифракция на периодических решетках наряду с рефракцией, поглощением и отражением позволяет управлять условиями (в частности, направлением) распространения света. Решетки показателя преломления, созданные в фоторефрактивных кристаллах обладают рядом уникальных свойств по сравнению с известными дифракционными решетками. В частности, они обеспечивают не только эффективную дифракцию света (в некоторых случаях дифракционная эффективность может достигать 100%), но и обеспечивают оптическое и электрическое управление условиями дифракции. Анализ литературы показывает, что в зависимости от используемого фоторефрактивного кристалла и экспериментальных условий можно изменять направление распространения света, управлять его амплитудой, менять ориентацию поляризации, производить спектральное селектирование светового потока как во временной, так и в пространственных областях, т е потенциально имеется возможность производить практически все необходимые для современных информационных систем базовые операции Поэтому исследование оптических и электрических методов управления дифракцией света на голографических решетках представляется актуальной задачей. В то же время исследование дифракции света на фоторефрактивных решетках представляет самостоятельный научный интерес, т к. это позволяет изучать свойства самих материалов и, следовательно, оптимизировать их для решения указанных задач.

1.6 Титанат бария. Голографические свойства.
В настоящее время фоторефрактивные кристаллы титаната бария BaTi03 являются, вероятно, наиболее широко используемыми в динамической голографии. Это связано с двумя обстоятельствами Во-первых, по сравнению с остальными материалами, титанат бария имеет один из наиболее высоких электроолтических“ коэффициентов (г51 = 820 pm/V), что позволяет в некоторых случаях достигать практически 100% дифракционной эффективности. Во-вторых, он имеет относительно короткое время записи-стирания голограммы, которое в зависимости от степени допирования может достигать десятых долей секунды. Благодаря этому титанат бария является удобной динамической голографической средой. В данном разделе мы остановимся на оптических и физических свойствах титаната бария и только на тех применениях, которые характерны именно для этого материала.
1.6.1 Оптические свойства и фоточувствительные центры.
Кристаллы ВаТЮз выращиваются из расплава методом Чохральского при температуре около 1400° С из расплава ВаТЮ3 + ТЮ2 со стехиометрическим содержанием ТЮ2 примерно 65%. При комнатной температуре кристалл принадлежит к пространственной группе P4mm (точечная группа 4mm). При комнатной температуре (в тетрагональной фазе) это сегнетоэлектрик со спонтанной поляризацией вдоль оси С. В процессе охлаждения, начиная с температуры расплава, возникают три фазовых перехода: при температуре Т > 120° С кристалл приобретает кубическую модификацию m3m, при температуре 120°С > Т > 5°С - тетрагональную модификацию 4mm, при температуре 5°С iTs -90°С - орторомбическую модификацию mm2, и при Т < -90°С - ромбоэдрическую модификацию Зт [113, 114].
Процедура монодоменизации черезвычайно важна. Она включает в себя медленное охлаждение кристалла начиная с температуры Кюри (Тс =130 ± 2°С) до комнатной температуры при приложенном внешнем поле Ео = 0.5-2 кВ/см. Качество монодоменизации может быть существенно улучшено за счет многократного повтора такого процесса, совмещенного с дополнительной полировкой образца [115,116]. Величины диэлектрических постоянных, приведенные в литературе существенно отличаются. В настоящей работе использованы значения с* =106,cf =4300 [117]. Кристаллы прозрачные, светло - желтого цвета. Ширина запрещенной зоны составляет примерно 3 эВ (410 нм). Коэффициент поглощения для недопированных кристаллов а » 0 3 см'1 практически постоянен в спектральном диапазоне 450 - 1000 нм [115].